The process of direct metal laser sintering for functional parts in space devices. Designing for future space applications in metal additive manufacturing

Additive Manufacturing technologies have the capability to revolutionize the way in which functional parts are conceived; from the beginning, at the design stage, to the part distribution and repairing until the re-designing of existing parts. Additive Manufacturing added value is conceived in three main fields which we can classify in: design, manufacturing and logistic & services with three main innovation aspects: mass customization, functional integration and complex geometries. The product development methodology of these technologies is very different from the one used in traditional manufacturing processes (as subtractive manufacturing), a new paradigm needs to be developed in order to satisfy the requirements of some of the most exigent industries as in the case of the Aerospace sector specially For-Space sector, in which part quality for security and mission success plays a fundamental role. Some of the great potentialities this technology has to offer are the cost reduction in number of parts, distributed manufacturing, part optimization, energy consumption and flexibility of design. Throughout the first part of this thesis, the theoretical one, a deep state-of-the-art research covers different aspects of AM technologies, followed by a focus on Direct Metal Laser Sintering (DMLS) technologies specially from one of the main actors, EOS; moreover, a mechanical property analysis compares and contrasts the different characteristics of the materials used in traditional manufacturing methods and AM materials for-Space sector applications. For the second part of the thesis, the practical one, a component (EES) of D-Orbit’s new self-decommissioning satellite D-Sat is analyzed to be produced alternatively in AM with the DMLS technology from EOS. Finally, the AM re-design part for the case study process will be described with its correspondent output and conclusions.

Le tecnologie di Fabbricazione Additiva hanno la capacità di rivoluzionare il modo in cui sono concepiti le parti funzionali; dall’iniziare, in fase di progettazione, alla distribuzione e riparazione di componenti consentendo inoltre la riprogettazione di parti esistenti. ”L’Additive Manufacturing" ha un valore aggiunto che si estrinseca in tre settori principali, quali: la progettazione, la produzione, e la logistica e servizi con tre aspetti principali: possibilitá di personalizzazione del singolo prodotto, integrazione funzionale e di geometrie complesse. La metodologia di sviluppo del prodotto di queste tecnologie è innovativa rispetto a quella utilizzata nei processi produttivi tradizionali (come fabbricazione sottrattiva), un nuovo paradigma é introdotto per soddisfare i requisiti di alcune delle industrie più esigenti come nel caso del settore aerospaziale denominato "For-Space", nel quale la qualità delle parti per il successo e la sicurezza della missione gioca un ruolo fondamentale. Alcune delle grandi potenzialità di questa tecnologia oltre la flessibilitá di progettazione sono l'ottimizzazione topologica di parti che porta alla riduzione di costi, alla produzione distribuita e alla riduzione del consumo energetico. Durante la prima parte di questa tesi, quella teorica, una profonda analisi dello stato dell'arte copre diversi aspetti delle tecnologie AM, seguita da un focus sulla tecnologia Direct Metal Laser Sintering (DMLS) come realizzato da uno dei principali attori, EOS. Inoltre, un'analisi delle proprietà meccaniche mette a confronto le diverse caratteristiche dei materiali utilizzati nei metodi di fabbricazione tradizionali AM per applicazioni nel settore For-Space. Nella seconda parte della tesi, quella pratica, un componente (EES) per il nuovo satellite D-Sat della societá D-Orbit, viene analizzato e prodotto alternativamente in AM con la tecnologia DMLS da EOS. Confrontando i risultati ottenuti la comparazione ha messo in evidenza la fattibilitá del prodotto tramite tecnología AM e i suoi vantaggi in termini di riduzione del numero delle parti e quindi dei tempi d’elaborazione e costo finale del prodotto.